科研成果: “Self-Recognition of an Inducible Host lncRNA by RIG-I Feedback Restricts Innate Immune Response”

发布时间:2018-04-27

导读: 曹雪涛课题组于2018年3月在”cell” 杂志发表研究论文“Self-Recognition of an Inducible Host lncRNA by RIG-I Feedback Restricts Innate Immune Response”。研究者发现了一种起源于宿主自身的,IFN诱导的新型长非编码RNA-lnc-Lsm3b,lnc-Lsm3b可与病毒RNA竞争性结合RIG-I单体,在免疫应答晚期发挥负反馈调节作用,抑制RIG-I的活性。机制上来说,lnc-Lsm3b通过其多价的长茎结构域结合RIG-I并阻止了其构象变化从而抑制了下游信号传递。

 文章链接: https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)30396-9 

图:

 Highlights 

lnc-Lsm3b competes with viral RNA for binding but stabilizing inactive RIG-I 

Deficiency of lnc-Lsm3b specifically enhances RIG-Iinitiated IFN production 

Structural motifs of lnc-Lsm3b are vital for its optimal binding to RIG-I proteins 

lnc-Lsm3b acts as a decoy for RIG-I and prevents downstream signaling

       免疫的根本功能是识别“非我”病原体入侵而激活天然免疫应答,保护“自我”机体,维持自身稳定。一旦感染得以控制,天然免疫应答需及时终止,不然会造成机体自身炎症损伤,因此,抗感染天然免疫如何高效、适度应答以及适时终止一直是免疫学研究中的基本科学问题。 

    宿主的固有免疫系统通过模式识别受体(pattern recognition receptors,PRRs)感应入侵病原体激活免疫应答从而达到清除病原体的目的。针对于RNA病毒的入侵,RIG-I (retinoic acid-inducible gene-I)受体识别胞质病毒RNA并产生I型干扰素(type I interferons ,IFNs)及细胞因子。然而,IFN的过度表达则会引发机体自身免疫性疾病的产生,因此,IFN的表达平衡调控是免疫学家关注的研究重点之一。 

     RIG-I的分子结构包含N端CARDs(caspase activation and recruitment domains, CARDs)结构域,DECH解旋酶结构域与C端CTD(C-terminal domain,CTD)结构域。静息态的RIG-I分子以自身抑制状态存在,其中CARD2结构域结合于解旋酶结构域的插入区;而当病毒的5’三磷酸双链RNA入侵后,CTD结构域感应并结合RNA,使得RIG-I分子转变为开放构象释放CARDs结构域,介导下游信号传递与免疫应答。因此,携带5’三磷酸的双链RNA是激活RIG-I的要素之一,然而RIG-1是否可以结合宿主自身RNA及其功能的研究目前处于空白状态。 

      近年来,长非编码RNA(long noncoding RNAs ,lncRNAs)通过与特定蛋白发生相互作用而参与众多生理病理过程的研究愈发引人注目。利用紫外交联免疫共沉淀测序技术(high-throughput sequencing of immunoprecipitated RNAs after cross-linking,CLIP-seq)在人与小鼠中分别鉴定到21073与1662组RNA结合蛋白(RNA-binding protein ,RBP)- lncRNA互作关系。然而,RBP-lncRNA互作关系在免疫与炎症中发挥的作用目前尚未有研究报道。2014年,曹雪涛团队在Science发表研究论文,报道了长非编码RNA–lnc-DC通过与转录因子STAT3相互作用促进其磷酸化从而调控人类树突细胞分化的过程,拓宽了研究人员对lncRNA参与免疫细胞分化及功能的认知。

      研究者首先利用紫外交联免疫共沉淀技术(UV cross-linking and RNA immunoprecipitation assay,UV-RIP)鉴定到了胞质lnc-Lsm3b,lnc-Lsm3b作为Lsm3基因编码的唯一成熟性lncRNA,在RNA病毒感染宿主时表达显著升高且可与RIG-I发生结合,同时IFN也可诱导lnc-Lsm3b的表达。随后,lnc-Lsm3b在RNA病毒感染的巨噬细胞内可抑制RIG-I介导的免疫应答,阻抑IFN与抗炎因子的产生。与其他负调控因子在RIG-I信号通路早期发挥作用不同的是,lnc-Lsm3b阻止RIG-I引发的IFN的表达主要发生与抗病毒应答晚期。进一步地,研究人员在lnc-Lsm3b-/-敲除的小鼠中观察到RNA病毒感染后,lnc-Lsm3b-/-敲除小鼠体内的IFN在18-24小时的表达显著升高,且病毒滴度显著减少,证明了lnc-Lsm3b主要在抗病毒信号级联反应晚期有效抑制RIG-I的功能。 

      Lnc-Lsm3b参与RIG-I抗病毒信号通路主要是通过与RIG-I的CTD结构域发生相互作用,且lnc-Lsm3b与RIG-I的结合可以有效抑制病毒RNA-5’三磷酸双链RNA结合RIG-I的CTD结构域。因此,RIG-I的CTD结构域作为两种RNA重叠性结合区域可为两者的竞争性结合提供分子基础。机制上看,lnc-Lsm3b所拥有的多分支环状结构为其与病毒RNA竞争性结合RIG-I提供结合条件。对于RIG-I的结合,Lnc-Lsm3b相比于病毒dsRNA拥有更高的亲和效率,因此可以结合细胞内新合成的大部分RIG-I单体分子从而抑制信号的传递。 

     此外,研究人员探究发现,宿主自身对于lnc-Lsm3b的识别可以帮助RIG-I处于非激活状态。lnc-Lsm3b通过稳定RIG-I分子内CARDs结构域与解旋酶结构域的相互作用,使得RIG-I分子在病毒刺激时处于自身抑制的结构,干扰了CARDs结构域与MAVS分子的相互作用。同时,在RNA病毒刺激中,由TRIM25介导的RIG-I K63泛素化在lnc-Lsm3b的作用下也受到抑制。因此,研究人员证实了宿主自身的lnc-Lsm3b是RNA病毒感染时RIG-I信号通路的强力负调因子。 

      机体自身RNA能以 “自我”识别方式反馈性地及时终止“非我”识别所触发的天然免疫应答与炎症反应,达到机体自我保护、自身稳定。新型RNA分子lnc-Lsm3b的发现以及自我免疫识别可反馈性地促进炎症消退的新机制,将为炎症疾病的防治研究提供新思路。 

文章转自:微信公众号——Bioart 曹雪涛组阐明新型长非编码RNA介导固有免疫的反馈调节机制——徐平龙、侯法建点评   作者:蓁灼 https://mp.weixin.qq.com/s/JIZjFdcfxHtIR1FRVWu0mQ 

中国医学科学院基础医学研究所内网:http://36801.newnetwebnt02.eastftp.net/article/13973 

【摘要】: The innate RNA sensor RIG-I is critical in the initiation of antiviral type I interferons (IFNs) production upon recognition of ‘non-self’ viral RNAs. Here, we identify a host-derived, IFN-inducible long noncoding RNA, lnc-Lsm3b, that can compete with viral RNAs in the binding of RIG-I monomers and feedback inactivate the RIG-I innate function at late stage of innate response. Mechanistically, binding of lnc-Lsm3b restricts RIG-I protein’s conformational shift and prevents downstream signaling, thereby terminating type I IFNs production. Multivalent structural motifs and long-stem structure are critical features of lnc-Lsm3b for RIG-I binding and inhibition. These data reveal a non-canonical self-recognition mode in the regulation of immune response and demonstrate an important role of an inducible ‘self’ lncRNA acting as a potent molecular decoy actively saturating RIG-I binding sites to restrict the duration of ‘non-self’ RNA-induced innate immune response and maintaining immune homeostasis, with potential utility in inflammatory disease management. 

      本文曹雪涛教授为通讯作者,基础医学研究所医学分子生物学国家重点实验室姜明红教授和博士生张仕坤为并列第一作者。此文章获得了国家自然科学基金基础科学中心项目(项目编号81788101)、中国医学科学院医学与健康科技创新工程(项目编号2016-I2M-1-003)等的资助。 

                                                        医学分子生物学国家重点实验室